جهاز منخفض التكلفة يمتص انبعاثات ثاني أكسيد الكربون أثناء الشحن
طور الباحثون جهازًا منخفض التكلفة يمكنه التقاط غاز ثاني أكسيد الكربون بشكل انتقائي أثناء الشحن. بعد ذلك، عندما يتم تفريغه، يمكن إطلاق ثاني أكسيد الكربون بطريقة خاضعة للرقابة وجمعه لإعادة استخدامه أو التخلص منه بطريقة مسؤولة.
جهاز supercapacitor، الذي يشبه البطارية القابلة لإعادة الشحن، هو بحجم عملة معدنية مكونة من بنسين، وهو مصنوع جزئيًا من مواد مستدامة بما في ذلك قشور جوز الهند ومياه البحر.
تشغيل تقنيات التقاط الكربون
تم تصميم هذا المكثف الفائق من قبل باحثين من جامعة كامبريدج، ويمكن أن يساعد في تشغيل تقنيات التقاط الكربون وتخزينه بتكلفة أقل بكثير. يتم إطلاق حوالي 35 مليار طن من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي سنويًا وهناك حاجة ماسة إلى حلول للقضاء على هذه الانبعاثات ومعالجة أزمة المناخ. تتطلب تقنيات احتجاز الكربون الأكثر تقدمًا حاليًا كميات كبيرة من الطاقة وهي باهظة الثمن.
تكوين المكثف
يتكون المكثف الفائق من قطبين من الشحنة الموجبة والسالبة. في العمل الذي قاده تريفور بينفورد أثناء استكماله لدرجة الماجستير في كامبريدج، حاول الفريق التناوب من الجهد السالب إلى الجهد الموجب لتمديد وقت الشحن من التجارب السابقة. أدى ذلك إلى تحسين قدرة المكثف الفائق على التقاط الكربون.
قال الدكتور ألكسندر فورس من قسم الكيمياء في جامعة كامبريدج، يوسف حميد، الذي قاد البحث: “وجدنا أنه من خلال تبديل التيار ببطء بين الصفائح، يمكننا التقاط ضعف كمية ثاني أكسيد الكربون عن ذي قبل” .
طاقة أقل
قال فورس: “من المحتمل أن تستخدم عملية الشحن والتفريغ لمكثفنا الفائق طاقة أقل من عملية تسخين الأمين المستخدمة في الصناعة الآن”. “ستشمل أسئلتنا التالية التحقيق في الآليات الدقيقة لالتقاط ثاني أكسيد الكربون وتحسينها. ثم ستكون مسألة توسيع نطاقها “. تم نشر النتائج في مجلة Nanoscale .
تفاعلات كيميائية
المكثف الفائق يشبه البطارية القابلة لإعادة الشحن ولكن الاختلاف الرئيسي يكمن في كيفية تخزين الجهازين للشحن. تستخدم البطارية تفاعلات كيميائية لتخزين وإطلاق الشحنة، في حين أن المكثف الفائق لا يعتمد على التفاعلات الكيميائية. بدلاً من ذلك، يعتمد على حركة الإلكترونات بين الأقطاب الكهربائية، لذلك يستغرق الأمر وقتًا أطول للتحلل وله عمر أطول.
“المفاضلة هي أن المكثفات الفائقة لا يمكنها تخزين الكثير من الشحنات مثل البطاريات، ولكن بالنسبة لشيء مثل احتجاز الكربون، فإننا نعطي الأولوية للمتانة”، كما قال المؤلف المشارك جريس مابستون. أفضل جزء هو أن المواد المستخدمة في صناعة المكثفات الفائقة رخيصة الثمن ومتوفرة. الأقطاب الكهربائية مصنوعة من الكربون ، الذي يأتي من نفايات قشور جوز الهند.
“نريد استخدام مواد خاملة لا تضر بالبيئات ونحتاج إلى التخلص منها بشكل أقل تكرارًا. على سبيل المثال، يذوب ثاني أكسيد الكربون في إلكتروليت قائم على الماء وهو في الأساس مياه بحر “.
لا يمتص ثاني أكسيد الكربون تلقائيًا
ومع ذلك، فإن هذا المكثف الفائق لا يمتص ثاني أكسيد الكربون تلقائيًا: يجب شحنه لسحب ثاني أكسيد الكربون. عندما تصبح الأقطاب الكهربائية مشحونة، تسحب اللوحة السالبة غاز ثاني أكسيد الكربون، بينما تتجاهل الانبعاثات الأخرى، مثل الأكسجين والنيتروجين والماء، والتي لا تساهم في تغير المناخ. باستخدام هذه الطريقة ، يلتقط المكثف الفائق الكربون ويخزن الطاقة.
ساهم المؤلف المشارك الدكتور إسرائيل تيمبرانو في المشروع من خلال تطوير تقنية تحليل الغاز للجهاز. تستخدم هذه التقنية مستشعر ضغط يستجيب للتغيرات في امتصاص الغاز في الجهاز الكهروكيميائي. تساعد نتائج مساهمة Temprano في تضييق الآلية الدقيقة التي تعمل داخل المكثف الفائق عند امتصاص ثاني أكسيد الكربون وإطلاقه. إن فهم هذه الآليات ، والخسائر المحتملة ، ومسارات التدهور كلها ضرورية قبل أن يتم توسيع نطاق المكثف الفائق.
قال تيمبرانو: “إن مجال البحث هذا جديد جدًا، لذا فإن الآلية الدقيقة التي تعمل داخل المكثف الفائق لا تزال غير معروفة”.
تم تمويل البحث من قبل زمالة قادة المستقبل للدكتور فورس، وهو برنامج بحث وابتكار بريطاني يطور الموجة التالية من الأبحاث والابتكارات ذات المستوى العالمي.
